1. Обзор литературы по теме исследования

1.1 Подходы к построению и проектированию электромагнитно-акустических преобразователей

Известно дисперсионное уравнение для продольных нормальных волн в стержнях, которое в различных источниках называется уравнением Похгаммера-Кри [176, 177]:

(1.6)

где k – волновое число нормальной волны в стержне;

c_t – скорость поперечной волны;

c_l – скорость продольной волны;

ω – круговая частота;

– радиус стержня;

J_b(x) – функция Бесселя первого рода b-го порядка, ;

,

(1.7)

Основная трудность, с которой приходится иметь дело при контроле стержней с большой кривизной поверхности (диаметром 10—50 мм) на наличие внутренних дефектов продольными или поперечными ультразвуковыми волнами с прямым фронтом, состоит в том, что цилиндрическая форма стержня представляет собой рассеивающий отражатель.

Для контроля стержней диаметром 10—50 мм целесообразно применять продольную цилиндрическую волну, коаксиально которой расположен контролируемый стержень. В этом случае излучаемая волна будет падать нормально к поверхности стержня независимо от диаметра и, следовательно, рассеяние волны будет минимальным.

Акустический тракт дефектоскопа включает в себя две цилиндрические фокусирующие линзы 2, 4 (рис 1.1), излучающую кварцевую пластину 1 и приемную — 5 с резонансными частотами > на 5 МГц. Цилиндрический образец 3 с помощью специального устройства помещается коаксиально фронту падающей волны. Акустический контакт между кварцевыми пластинами, линзами и образцом обеспечивается водой.

Рис. 1.1 Схема акустического тракта: 1 и 5 – излучающая и приемная пьезопластины; 2 и 4 – излучающая и приемная линзы; 3 – цилиндрический стержень.

Чувствительность контроля зависит от смещения стержня из коаксиального положения. Большее влияние оказывают смешения, перпендикулярные направлению излучения; это влияние растет с уменьшением диаметра контролируемого стержня. Чувствительность дефектоскопа тем выше, чем меньше допуск на биения стержня в центрирующем устройстве [178].

уравнению Холла-Петча и пределам прочности образцов – таблица 1.2

Таблица 1.2

тип образца	σупр. , МПа	V0 , м/с	Еst(0), ГПа	Еdn(0), ГПа
отожженный	30	3700	13	125
закаленный	50	3800	17	129
обычный	110	3600	16	116

Для мелкозернистого материала наблюдается практически экспоненциальное

Выводы по главе 1

К основным направлениям развития ЭМА преобразователей (метода) следует отнести:

- дальнейшую оптимизацию массогабаритных параметров за счет уменьшения размеров систем подмагничивания;

- повышения эффективности ЭМА преобразования путем выбора величины поля подмагничивания и оптимального воздушного зазора, увеличения силы тока в индукторе, подбора количества витков в катушке, обеспечения направленности излучения преобразователя, отстройки от возбуждения нежелательных типов волн;

- исследование механизмов ЭМА преобразования и поиск новых физических принципов контроля параметров материалов;

- автоматизацию систем контроля, реализующих ЭМА метод возбуждения и приема;

- усовершенствование способов возбуждения и приема сигналов для повышения помехоустойчивости при проведении контроля, в том числе применение методов цифровой обработки сигналов.

Рассмотренные результаты теоретических и экспериментальных исследований по акустоупругости, а также исследование напряженно-деформированного состояния в деталях производственных объектов и опыт промышленного использования ультразвука для этих целей позволили разработать основы методологии акустической тензометрии. Трудности, связанные с разработкой методов и устройств, специальных типов преобразователей для акустических измерений, сдерживают практическое использование акустоупругости в практике неразрушающего контроля. Однако уже сейчас существуют методики определения напряжений в деталях производственных объектов, реализующие различные способы возбуждения ультразвука и предназначенные для контроля напряжений в листах, резьбовых соединений, сварных швах магистральных трубопроводов.

Таблица 2.2

Влияние типа индуктора на эффективность 2-го ЭМА преобразования

Тип индуктора	Зазор, мм	Нормальная составляющая поля, Тл	Эффективность возбуждения	Коэффициент эффективности
Совмещенный	1	2,37	1	1
Раздельный прием, излучение совмещенное	1,35	2,19	0,71	0,66
Раздельный прием, независимое излучение	1,7	2,02	1	0,85
Рис. 4.4 Схема усилителя
Рис. 4.5 Структурная схема информационно-измерительной системы
Рис. 4.8 Интерфейс программы регистрации